电动机及绕线方法与流程

本发明提供了一种电动机，其中通过新颖的绕线布置改善了电动机的电磁性能，降低了电动机在运行时产生的电流的电压以及其电阻和电感。与使用相同电源的常规电动机相比，这无需增加任何功率增强器或额外组件，就可以通过将其转矩与速度扩展到更高的水平来提高电动机的性能，从而提高功率密度。因此，能够增加功率密度导致尺寸减小及成本降低。除了这些特征功能外，该电动机还采用标准的常规制造工艺，使其可以在工业中实施。本发明还提供了具有备援设备的电动机，这使得可以在降低功率的情况下保持运转，即使某个阶段中的某个组件发生故障，它仍将提供足够的功率以最有可能避免发生灾难。下面将参考附图中的示例性实施例更详细地解释本发明，但本发明不限于此。

本发明涉及一种电动机及和绕线方法，尤其是涉及改善其性能及功能的方法。

背景技术：

当今的电动机和驱动系统最近提出了由电动汽车，便携式机械，玩具等行业要求的改进，这些行业需要更便宜，性能更高的装置。提供这种能量及及性能增加的方法导致了对电存储及配电的重大发展，并且通过所述装置提高了能量利用率。科学的不断努力和进步，应用了电子硬件和软件、材料、拓扑及结构方面的最新先进技术，可以精确控制上述所有行业的用电量及转换，但这些解决方案价格昂贵，而且很可能很复杂。但是，从最终的努力来看，仍无法实现行业需求中对功率的期望。对于在需要特殊备援设备以确保即使在当今电动机无法满足的部分故障条件下也能安全继续运行的应用中，实现电动机也有一些特殊的设想。市场行业需求与实际技术所提供的差异之间存在差异，因此有待改进。

技术问题

常规电动机中遇到的主要限制之一是，在运行时，电动机产生的电流在某种程度上与所提供的电流相反。这限制了系统能够运行的电流量。可能的最大电流表示提供给电动机的电压与电动机产生的电压之间的瞬时差，从而定义了其最大转矩及速度。由于电动机的功率是通过转矩乘以速度确定，因此这也确定了所述电动机的功率密度。功率密度是尺寸与功率之间的关系。为了满足行业对更大功率的需求，将电动机制造得更大将无法降低成本，也无法更好地利用能源，因为所述电动机将保持相同的效率及功率密度。为了克服上述限制并且从相同尺寸的电动机获得更高的转矩及速度，从而获得更高的功率密度，常规方法是使电动机保持原状并且增加电源电压。为了使来自电源的电压增加，使用了升压转换器。这种解决方案能够增加电动机的功率密度。然而，这种方案无法降低成本，因为必须将另一个组件添加到系统中，其中所述组件趋向于复杂且昂贵，因为它们需要调节从电源到电动机的全部功率。所述方法在能量利用效率上也失败了，因为在电源与电动机之间的这种升压器表现出电阻及累积，这产生了一些能量损失，从而不利地影响了整个系统的效率。由于当今的电动机实际上确实具有很高的效率，但是结果却被上述方法所掩盖，从而淹没了整个系统的效率，对电动机的世界观产生了负面影响。

技术解决方案

由于一电动机产生的电压与一相绕线中的匝数成正比，从而限制了所述电动机的速度及电流，可以说，将一相的匝数均等地划分为多个子线圈，每个子线圈上的电压就是所述划分的直接比例。使用上述新的绕线方法及布置，在穿接的并联组中或并联组中均匀分布的电连接，可以降低产生的电压以及所形成相的电阻及电感。

有益效果

新的电动机绕线布置为电动机的管理开辟了一个全新的领域，因为可以单独控制不同的子线圈和/或使用不同的切换顺序设置，从而改变所述电动机的电气特性。

所述相的子划分开启了使用更小、更快、栅极电荷及损耗更少的硅开关的可能性。

提出的新电动机将允许一种系统，其中来自电池的电源可以向所述电动机供电而无需其他组件，而不是用电动机驱动器来调制所提供的电流，从而避免使用任何调节电位差的装置。

附图说明

为了解释的目的但不限于此，在以下附图中，描述了本专利的实施例的不同布置。

图1

[图1]示出了绕线分布的示例，其中子线圈以重叠的方式盘绕。像在所有其他情况下一样，磁通量显示为链路120及121。

[图2]示出了一电动机的一相如何绕着四个凸极110、111、112、113缠绕，每个凸极具有相等数量的匝数，形成子线圈200、210、220、230；这些子线圈由单根导线或形成具有端子130、131的单个线圈的串联制成，。在此示例中，通电时，所述两个凸极110、111通过所述磁通量120而链接，而所述凸极112、113通过所述磁通量121而链接。

[图3]示出了将图2(现有技术)所示的单线圈相划分为两个相等的组，每组具有两个子线圈。通过所述子线圈200、210形成的所述组所建立的所述第一半相分别绕着所述凸极110及111缠绕，所述凸极110及111通过具有所述端子130、131的所述磁通量120所链接。通过所述子线圈220、230形成的所述组所建立的另一半相分别绕着所述凸极112及113缠绕，所述凸极112及113通过具有所述端子132及133的所述磁通量121磁性链接。

[图4]第一布置102示出了将图2(现有技术)所示的单线圈相划分为两个相等的组，每组具有四个子线圈。所述第一组子线圈201、211、221、231由单根导线或与其串联的端子130、131制成。所述第二组子线圈200、210、220、230由单根导线或与其串联的端子132、133制成。在本布置中，所述子线圈成对缠绕，所述成对子线圈通过每个凸极每组的一个子线圈所形成。每组201、200的第一子线圈绕着所述凸极110缠绕，接着是子线圈211、210绕着所述凸极111缠绕，接着是子线圈221、220绕着所述凸极112缠绕，最后是子线圈231、230绕着所述凸极113缠绕。每组的一对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

在图4中，第二布置103示出了更深的细分，分成四个相等的半部分，形成四个组，每组两个子线圈。第一组子线圈201、211由单根导线或与其串联的端子130、131制成。第二组子线圈200、210由单根导线或与其串联的端子132、133制成。第三组子线圈221、231由单根导线或与其串联的端子134、135制成。第四组子线圈220、230由单根导线或与其串联的端子136、137制成。在本布置中，所述子线圈成对缠绕，所述成对子线圈通过每个凸极中两个组的一个子线圈所形成。所述子线圈201、200绕着所述凸极110缠绕，接着是子线圈211、210绕着所述凸极111缠绕。所述子线圈221、220绕着所述凸极112缠绕，并且最后是子线圈231、230绕着所述凸极113缠绕。所述成对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

在图4中，第三布置104示出了不同的细分，在四个相等的组中，每个组具有两个子线圈。第一组子线圈201、200各具有其端子，用于子线圈201的端子130及131与用于子线圈200的端子132及133。第二组子线圈211、210中的各具有其端子，用于子线圈211的端子134及135与用于子线圈210的端子136及137。第三组子线圈221、220各具有其端子，用于子线圈221的端子138及139与用于子线圈220的端子140及141。第四组子线圈231、230中的各具有其端子，用于子线圈231的端子142及143与用于子线圈230的端子144及145。在本布置中，一组中的所述成对子线圈缠绕在一凸极中。所述子线圈201、200绕着所述凸极110缠绕，所述子线圈211、210绕着所述凸极111缠绕。所述子线圈221、220绕着所述凸极112缠绕，所述子线圈231、230绕着所述凸极113缠绕。所述成对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

[图5]第一布置105示出了图2(现有技术)中所示的单线圈相的不同细分，划分成四个相等的组，每个组两个子线圈。第一组子线圈201、211由单根导线或与端子130及连接至公共连接300的另一端的串联而成。第二组子线圈200、210由单根导线或与端子132及连接至公共连接300的另一端的串联而成。第三组子线圈221、231由单根导线或与端子131及连接至公共连接300的另一端的串联而成。第四组子线圈220、230由单根导线或与端子133及连接至公共连接300的另一端的串联而成。在本布置中，在本布置中，所述子线圈成对缠绕，所述成对子线圈通过每个凸极每组的一个子线圈所形成。所述子线圈201、200绕着所述凸极110缠绕，接着是子线圈211、210绕着所述凸极111缠绕。所述子线圈221、220绕着所述凸极112缠绕，并且接着是子线圈231、230绕着所述凸极113缠绕。所述成对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

在图5中，第二布置106示出了更深的细分，分成两组，每组四个子线圈。第一组子线圈201、211、200、210的一端连接到公共连接300，其另一端分别具有端子130、131、132、133。第二组子线圈221、231、220、230的一端连接到公共连接301，其另一端分别具有端子134、135、136、137。在本布置中，所述子线圈成对缠绕，所述成对子线圈通过每个凸极中两个组的一个子线圈所形成。所述子线圈201、200绕着所述凸极110缠绕，且子线圈211、210绕着所述凸极111缠绕。所述子线圈221、220绕着所述凸极112缠绕，并且所述子线圈231、230绕着所述凸极113缠绕。所述成对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

在图5中，第三布置107示出了更深的细分，分为四组，每组四个子线圈。第一组子线圈201、211、200、210的一端连接到公共连接300，其另一端分别具有端子130、131、132、133。第二组子线圈221、231、220、230的一端连接到公共连接301，其另一端分别具有端子134、135、136、137。第三组子线圈241、251、240、250的一端连接到公共连接302，其另一端分别具有端子138、139、140、141。第四组子线圈261、271、260、270的一端连接到公共连接302，其另一端分别具有端子142、143、144、145。在本布置中，所述子线圈成对缠绕，所述成对子线圈通过每个凸极中两个组的一个子线圈所形成。所述子线圈201、200、211、210绕着所述凸极110缠绕，且子线圈221、220、231、230绕着所述凸极111缠绕。所述子线圈241、240、251、250绕着所述凸极112缠绕，并且子线圈261、260、271、270绕着所述凸极113缠绕。所述成对子线圈以重叠或分段的方式缠绕。像在所有其他情况下一样，所述磁通量显示为链路120及121。

[图6]示出了两个相同的电动机12p，14n之间的速度与安培数的比较图，一个使用了图4的布置102中描述的结构进行了修改，而另一个没有任何修改。虚线表示常规电动机，而实线表示新型电动机。

具体实施方式

如图3、4及5所示，用于本专利实施例的不同方法是可能的。图5第一布置105的描述作为实施例的一示例。给定一特定的电源，与现有技术的图2相比，这个布置允许以一确定的速度复制适用于一电动机的电流。可以很容易地观察到，现有技术图2中所述相的总匝数及其长度被分为4个相等的组，它们以一种使电阻及电感以及从端子130至131与132至133产生的电流是上述现有技术的一半的方式连接。另外，公共连接300使并联线圈充当一个，从而允许它们在不同的时间切换，并且减少或避免了相互感应干扰。如果端子或子线圈之一发生故障，则阻抗将会平衡，从而使电动机产生安全响应。

示例

作为示例，使用图4的布置102中描述的结构来构建一电动机12p14n，并且针对其中之一进行测试，而没有任何修改。这些电动机由相同的常规电动机驱动器驱动，由于其低电阻及电感，无法有效管理新电动机，但足以证明上述功率密度的提高。在整个评估过程中，所有情况下均使用完全相同的电压使用相同的电源。

[表1]